楚雄市10kV東環路I回線防越級跳閘系統研究

云南電網有限責任公司楚雄供電局 劉福緊 朱曉霰 施輝選

針對楚雄市10kV東環路I回線頻繁出現越級跳閘現象的問題，通過分析保護越級跳閘產生原因，設計了智能零時限防越級跳閘系統，實現了配電網全網無死區選擇性快速動作，解決了供電系統運行過程中的越級跳閘問題，為供電系統的可靠性和安全性提供有力保障。

楚雄市10kV東環路I回線為架空線和電纜混合敷設，架空線長度1.671km，電纜長度9.017km，包含9個環網柜，其中1號至6號環網柜的進線間隔帶有斷路器，出線間隔為負荷開關，7號至9號環網柜所有間隔均無斷路器。10kV東環路I回線主供電源取自110kV龍潭變電站10kV開關柜IV段母線033間隔，備用電源取自9號環網柜的上一級變電站。

由于環網柜之間距離比較短，在發生短路故障時上下級環網柜的短路電流很接近，10kV東環路I回線現采用的電流保護策略，難以保證電網全線路保護動作同時滿足快速性與選擇性的要求，因此在實際應用中會常發生越級跳閘現象，擴大停電范圍，存在造成重大經濟損失的危險。或電壓保護技術，如圖1所示。這種階段式電流保護對于供電線路一般設置三段保護：第一段為無時限電流速斷保護，為實現保護配合，其定值按躲過下級母線的最大短路電流整定，如DL-2保護應躲過C母線的最大三相短路電流，因此，它只能保護線路的一部分，假如定值偏小，則保護范圍可能延伸至下級母線，系統故障時則可能造成“越級跳閘”；第二段為時限速斷保護，應該保護線路的全長，因此，其定值按下級母線的最小短路電流整定，實現上下級保護配合；第三段為過電流保護，根據動作時限來實現。

配電網具有結構復雜，連接方式多，傳輸距離短，自動化水平較低的特點。由于保護配置的互感器精度差，不同級別的短路電流很接近，保護之間時限級差較小，再加上保護動作定值配合不當等原因，往往造成保護范圍重疊，且無足夠的時限配合，發生故障時必然造成保護“越級跳閘”。

1 保護越級跳閘產生原因

在配電網供電系統中，傳統的繼電保護采用階段式電流保護

2 智能零時限防越級跳閘系統

圖1 電流保護動作時限配合

圖2 智能零時限防越級跳閘系統結構

圖3 東環路I回線供電系統圖

采用單裝置檢測短路故障參數的配合方法，在當今復雜的供電網絡中，實現可靠的保護選擇性配合，十分困難。通信技術的發展，使繼電保護裝置不再是孤立計算、獨立運行的保護裝置，通過保護裝置間的網絡互聯，將故障發生時動作信息傳送出去，根據整個系統網絡拓撲結構，實現智能零時限防越級跳閘功能。

智能零時限防越級跳閘系統結構如圖2所示，當線路中發生故障時，故障點處所有上級保護同時檢測到故障信號，每一級保護向其上一級保護發送邏輯閉鎖信號，上級保護即使檢測到故障，但由于收到邏輯閉鎖信號，則閉鎖保護出口，由第一個檢測到故障發生的下級保護切除故障，當下級保護正確動作出口后，立即發送邏輯解鎖信號，上級保護收到下級保護發送的邏輯解鎖信號后，延時解除邏輯閉鎖。如果出現下級開關跳閘失敗的情況，下級保護延時發送邏輯解鎖信號，由第一個收到邏輯解鎖信號的上級保護動作出口，保證了保護動作的可靠性和選擇性，解決了越級跳閘問題。

光纖通信具有頻帶寬、容量大、距離長、抗電磁干擾等特點，已經廣泛應用于電力系統，因此采用了光纖通信實現防越級跳閘邏輯閉鎖信息的傳遞。為了保證防越級跳閘系統的可靠性和快速性，利用可編程邏輯陣列芯片設計硬件通信模塊，使得光纖信道具備通信信道監視功能，各級設備信息傳輸處理間隙不超過25μs。此外，該模塊能夠自動識別網絡拓撲結構，使得每級保護裝置與相鄰保護裝置能夠實現自適應匹配，讓保護系統在線路拓撲方面具有強大的延展性與可塑性。保護策略并不完全依附于光纖通信，當通信網絡出現故障時，裝置的其他保護策略仍可實現就地保護功能。

3 東環路I回線防越級跳閘方案

東環路I回線是輻射型供電系統，如圖3所示，東環路I回線供電網絡結構清晰，所有環網柜采用手挽手連接方式，環網柜之間通過光纖實現防越級跳閘保護裝置的通訊，通信光纖通過環網柜之間的保護裝置直接點對點連接，下一級保護的通信端口A和上一級保護的通信端口B連接。

以圖3中所示故障為例，在4號環網柜和5號環網柜之間發生故障時，1號環網柜、2號環網柜、3號環網柜和4號環網柜內保護裝置同時啟動，每個檢測到故障的環網柜內保護向上級環網柜內保護傳遞邏輯閉鎖信息，故障由第一個發出邏輯閉鎖信息的保護定位，4號環網柜內保護裝置零時限快速動作，而1號環網柜、2號環網柜和3號環網柜內保護裝置由于收到4號環網柜內保護裝置的邏輯閉鎖信號，各自維持啟動狀態但不出口，當4號環網柜內保護裝置切除故障后，1號環網柜、2號環網柜和3號環網柜內保護裝置啟動返回，整個故障切除過程1號環網柜、2號環網柜和3號環網柜內保護裝置可靠不動作；

若圖3中所示故障發生時，4號環網柜內保護裝置正常動作但開關因故未能跳開，因故障未消失，3號環網柜內保護裝置在經過固定延時后確認為下級開關拒動，則4號環網柜內保護裝置置動作狀態標志為有效并瞬時出口，1號環網柜和2號環網柜內保護裝置收到3號環網柜內保護裝置的邏輯閉鎖信號，由邏輯閉鎖信號閉鎖出口。如果3號環網柜內開關也出現故障未能跳開，則系統檢測到已經有兩級開關拒動，此時1號環網柜和2號環網柜內保護裝置同時出口，加速切除故障，最大限度保證系統安全。

小結：智能零時限防越級跳閘系統是傳統電流保護與光纖信息相結合，在電流、時間、網絡互操作等要素綜合分析的基礎上建立的，利用光纖網絡的信息交互，區域內保護裝置的上下協作，使得保護系統能夠快速的定位并切除故障點，減小停電范圍，解決了繼電保護快速性和選擇性的矛盾，對提高配電網供電系統的安全性和可靠性具有積極意義。